Viršūnių suvirškinimo problema pramoninėse ir komercinėse įmonėse

Kodėl apkrovos viršūnės padidina pramoninių ir komercinių įmonių elektros energijos sąnaudas

Komercinės ir pramoninės (C&I) įmonės susiduria su neproporcingai didelėmis elektros energijos sąnaudomis dėl paklausos mokesčių – mokesčių, kurie apskaičiuojami remiantis jų aukščiausiu 15–30 minučių elektros energijos naudojimu kiekvieną mėnesį. Šie mokesčiai gali sudaryti 30–70 % visų elektros energijos sąskaitų, nes tiekimo įmonės baudžia trumpalaikius viršukus, kurie apkrauna senėjančią elektros tinklo infrastruktūrą. Net nedidelės bendros energijos sąnaudos tampa brangios, kai veikla – pvz., vienu metu paleidžiamos oro kondicionavimo sistemos, ciklinamos sunkiosios įrangos ar šviesos intensyvumo šuoliai – sukuria trumpalaikius, bet intensyvius paklausos laukus. Ypač svarbu, kad JAV paklausos mokesčiai nuo 2020 m. kasmet auga 12–17 % (EIA Paklausos mokesčių tendencijos), todėl vis labiau spaudžiami gamintojai, sandėliai ir duomenų centrai, kurie jau veikia siauru pelno marža.

Komercinės ir pramoninės energijos kaupimo sistemos vaidmuo apkrovos išlyginime

Komercinės ir pramoninės energijos kaupimo sistemos sumažina viršūnių apkrovą išleisdamos sukauptą energiją būtent tuo metu, kai objekto apkrova gali viršyti istorinį viršūnės slenkstį. Ši „apkrovos išlyginimo“ strategija neleidžia per didelės elektros tinklo apkrovos operacinėmis smūgio akimirkomis – efektyviai apribojant 15 minučių trukmės apkrovos intervalą, kuris nustato mėnesines sąskaitas. Šiuolaikinės sistemos nepriklausomai aptinka suvartojimo modelius ir per milisekundes paleidžia baterijų išvestį, sumažindamos viršūnės apkrovą 20–40 %. Pavyzdžiui, 500 kW apkrovos kompensavimas aukštos apkrovos laikotarpiu už 16 USD/kW sutaupo maždaug 8 000 USD per mėnesį. Kai naudotojų mokesčių struktūros tampa vis sudėtingesnės – įvedant laiko zonų (TOU) tarifus, kritinių viršūnių kainodarą ir paklausos valdymo baudas – energijos kaupimo sistemos dviguba galia išlyginti apkrovą ir ir leisti kainų arbitražą daro ją atsparios, kaštų optimizuotos energijos valdymo pagrindu.

Pagrindiniai taikymo pastebėjimai

• Paklausos mokesčių dinamika : Sluoksninė kainodara padidina sąnaudas naudotojo nustatytomis viršūnių apkrovos dienomis (pvz., darbo dienomis nuo 14:00 iki 18:00).
• Kaupimo slenkstis : Sistemos, kurios yra pritaikytos 80~90% istorinių viršūnės lygių, optimizuoja grąžą už investicijas, nenaudojant per didelių investicijų.
• Programinės įrangos integracija : DI grindžiamos platformos prognozuoja spikes, naudodamos įrenginių duomenis ir orų prognozes, iš anksto pritaikydamos saugyklas.

Kaip komercinis ir pramoninis energijos saugojimas sumažina paklausos mokesčius ir TOU išlaidas

Paklausos mokesčio padidėjimas: 12-17% metinis padidėjimas pagrindinėse JAV rinkose

Dabar paklausos mokesčiai sudaro 30~70% komercinių ir pramoninių elektros sąskaitų ir nuo 2020 m. kasmet padidėjo 12~17% visų pagrindinių JAV rinkų. Šie mokesčiai yra susiję ne su visa sunaudota energija, o su didžiausia momentine energijos suvartojimu, todėl jie ypač griežti įrenginiams, veikiančioms cikliškai arba partijomis. Didėjančios išlaidos atspindi investicijas į tinklo modernizavimą, atsinaujinančių išteklių integracijos iššūkius ir išlaidų paskirstymo pokyčius, susijusius su didelio paklausos vartotojais. Jei to nesielgsime, kiekvienais metais šis reiškinys dar labiau padidins finansinę įtampą.

Dvigubos strategijos dispečeris: vienu metu atliekamas TOU arbitražas ir vengta mokesčių už paklausą

Pažangūs energijos valdymo sistemos leidžia pramoninėms ir komercinėms (C&I) energijos kaupimo sistemoms vienu metu vykdyti dvi vertės srautų funkcijas: išvengti pajėgumų mokesčių ir naudoti laiko naudojimo (TOU) arbitražą. Per aukščiausios kainos valandas baterijos išsikrauna, kad pakeistų tinklo tiekiamą energiją – taip ribojamas 15 minučių trukmės maksimalios galios langas ir vienu metu išvengiama brangesnių kWh kainų. Tuo tarpu baterijos įkraunamos neaktyvumo ar perėjimo laikotarpiuose, pasinaudojant didelėmis vartotojų rinkos kainų skirtumais – 20–40 USD/MWh. Šis suderintas valdymas pasiekia:

• Peakinis apribojimas , sumažindamas pajėgumų mokesčius 30–50 %
• Energijos arbitražas , paversdamas energijos kaupimą dinamišku, pajamų reakciją parodančiu turtu
  Rezultatas – išlyginta ir prognozuojamesnė apkrovos charakteristika, kuri vienu metu sumažina riziką ir atveria pakartotines taupymo galimybes tiek pajėgumų, tiek energijos komponentams sąskaitoje.

Grąžinimo procentas (ROI), grąžinimo laikotarpis ir realiosios ekonominės komercinės bei pramoninės energijos kaupimo sistemų naudos analizė viršūnių pjovimui

Vidutiniai grąžinimo laikotarpiai ir priklausomybė nuo komunalinių įmonių skatinamųjų priemonių

Vidutiniai grąžinimo laikotarpiai pramonės ir komercinės energijos kaupimo sistemoms, naudojamoms viršūnių apkrovos sumažinimui, svyruoja nuo 4 iki 7 metų – tai lemia daugiausia vietos poreikio mokesčio griežtumas (15–25 USD/kW), skirtingi laiko zonų tarifai (0,18–0,35 USD/kWh) bei galimi komunalinių paslaugų ar valstybės skatinamieji mechanizmai. Dalyvavimas poreikio reakcijos programose gali sutrumpinti grąžinimo laikotarpį 1–2 metais dėl pajamų už talpą, o federaliniai mokesčių nuolaidos (pvz., 30 % investicinė mokesčių nuolaida pagal Infliacijos sumažinimo įstatymą) dar labiau pagerina projekto ekonomiką. Svarbu paminėti, kad pelningumas yra didžiausias ten, kur tarifų struktūros aiškiai skatina apkrovos sumažinimą – ne tik ten, kur elektros energijos kainos yra aukštos.

Patvirtinimo atvejis: 2,5 MW / 5 MWh sistema sumažino viršūnių apkrovą 38 % Vidurio vakarų maisto perdirbimo gamykloje

Vidurio vakarų maisto perdirbimo įmonė įdiegė 2,5 MW / 5 MWh litio jonų baterijų sistemą, kad sumažintų 340 000 JAV dolerių metinius maksimalios galios mokesčius. Veikdama 18 mėnesių, ši sistema sumažino viršutinį elektros tinklo apkrovos lygį 38 % išleisdama energiją algoritmų valdomu režimu kritiniuose kasdieniuose 2–3 valandų langeliuose – daugiausia sutapdama su gamybos pamainomis ir popietinės oro kondicionavimo sistemos apkrovos padidėjimu. Tai leido pasiekti 740 000 JAV dolerių bendrą taupymą (Ponemon, 2023), o investicijos atsipirkimo laikotarpis sudarė 4,2 metų. Be ekonominių privalumų, sistema užtikrino 270 valandų bepertraukiamą rezervinę maitinimą per elektros tinklo nutraukimus – tai patvirtina energijos kaupimo sistemų dvigubą vaidmenį kaip sąnaudų kontrolės priemonės ir ir operacinės atsparumo užtikrinimo priemonės, visiškai nereikalaujant jokių esamų įrengimų ar darbo eigų pakeitimų.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra maksimalios galios mokesčiai ir kodėl jie svarbūs pramonės bei komercinėms įmonėms?

Maksimalios galios mokesčiai – tai mokesčiai, pagrįsti aukščiausia 15–30 minučių trukmės elektros energijos naudojimo viršūne, kurią įmonė pasiekia kiekvieną mėnesį. Pramonės bei komercinėms įmonėms šie mokesčiai gali sudaryti 30–70 % jų elektros energijos sąskaitų, žymiai paveikdami veiklos sąnaudas.

Kaip energijos kaupimo sistemos padeda sumažinti paklausos mokesčius?

Energijos kaupimo sistemos išleidžia energiją didelės apkrovos laikotarpiu, efektyviai apribojant įrenginio didžiausią galios paėmimą. Šis procesas, vadinamas apkrovos išlyginimu, sumažina 15 minučių trukmės intervalus, kuriais nustatomas paklausos mokestis, ir gali sumažinti šį mokestį iki 40 %.

Kas yra naudojimo laiko (TOU) arbitražas?

TOU arbitražas reiškia saugotos energijos panaudojimą elektros energijos suvartojimui kompensuoti aukščiausios kainos valandomis ir sistemos perkrovimą žemesnės kainos neviršutinės apkrovos valandomis, pasinaudojant kainų skirtumu, kad dar labiau sumažinti sąnaudas.

Koks yra tipiškas energijos kaupimo sistemų grąžinimo laikotarpis?

Medianinis grąžinimo laikotarpis svyruoja nuo 4 iki 7 metų, priklausomai nuo įvairių veiksnių, tokių kaip paklausos mokesčių dydis, TOU tarifų skirtumai ir turimi skatinamieji mechanizmai.

Ar yra realaus pasaulio pavyzdžių, kur energijos kaupimo sistemos parodė naudą?

Taip, Vidurio vakarų maisto perdirbimo įmonė įdiegė 2,5 MW / 5 MWh sistemą, kas sumažino metines paklausos mokestines išlaidas 38 % ir leido pasiekti grąžinimą po 4,2 metų, taip pat užtikrinant rezervinę energiją tinklo nutraukimo metu.